重点实验室上海市光学薄膜与光谱调控重点实验室简介
光学薄膜技术是一种以光的干涉为基本原理，通过复杂多层膜的构建，实现光学能量传递、偏振和位相调制、精细分光与光信息获取等目标的应用学科。光学薄膜广泛应用于空间遥感、天文观测、信息安全、集成电路等领域，同时在人们衣食住行、医疗健康等方面也发挥着不可或缺的作用。
上海市光学薄膜与光谱调控重点实验室是2023年度立项筹建的重点实验室之一，依托中国科学院上海技术物理研究所，由段微波研究员担任主任。实验室瞄准多模态光场调控机理、高鲁棒性的超精细探测、光场计算等光学薄膜与光谱调控领域发展前沿，开展多模态光场调控、超宽光谱能量与光谱调控、精细光谱调控、极端环境与高功率红外薄膜、光谱调控技术的系统集成开发与应用研究，实现先进光学薄膜与光谱调控的基础研究、关键技术和系统应用的一体化布局和发展。
实验室现有固定科研人员48人，研究生和博士后等流动人员16人。近五年实验室承担了多项国家重大航天工程项目、国家重点研发计划、国家重大科技专项、国际合作项目、上海市重大科技攻关项目以及大型企业委托项目等，获国家级、省部级和其他各类奖励12项。
光学薄膜是航天遥感和光电探测技术发展的重要支撑
在航天遥感和光电探测领域中，光学仪器的工作谱段已从可见光向长波红外和紫外波段拓展，光谱通道的配置也由多光谱向高光谱方向持续演进。精细光谱探测在物质识别、分析和研究方面，以及气象、海洋、陆地探测、深空探测和生物医学等领域，具有重要意义和广阔的应用前景。红外与光电探测技术的发展，尤其是空间遥感高光谱仪器的应用需求，使得对光谱调控技术的要求不断提高。主要体现在：实现分光元件的小型化、轻量化、高集成度；提高光谱的精细化程度；减小光谱在空间分布上的弯曲和混色；提高光谱分离的效率；提高光谱的定量化水平等。
中国科学院上海技术物理研究所从1964年开始设立光学薄膜实验室，致力于光学薄膜与材料领域的基础研究、技术攻关到工程应用。1970年发射的东方红一号卫星上，就应用了实验室研制的滤光片和光学窗口，这是我国光学薄膜在空间遥感领域的最早应用。截至20世纪80年代末期，实验室成功研制出覆盖2.15~2.25μm、8.4~8.9μm、10.5~11.5μm和11.5~12.5 μm等多个红外波段的带通滤光片，为第一代极地轨道气象卫星的目标光谱获取提供了重要技术手段。实验室实现了全种类红外光学薄膜元件的国内首次航天应用，推动了我国航天用光学薄膜的从无到有，从有到强，再到总体先进、局部领先。
应用于空间遥感系统的红外光学薄膜
攻克系列关键技术难题，实现先进光学薄膜空间应用
中国科学院上海技术物理研究所从20世纪60年代开始从事光学薄膜和光谱调控研究工作，研究内容涵盖薄膜光学、薄膜技术、半导体材料、微纳光学、光信息技术等多个领域，具有从近紫外到长波红外波段光学薄膜元件的设计和研发能力，特别在长波红外材料、窄带滤光片等研究领域已经具有显著国际影响。
近年来，在多模态与微腔光场调控机理、集成光子探测芯片等基础研究领域，取得系列成果。提出超界面光场调控理论，通过多模态光子联合调控，同时实现高效的光谱分光和偏振分光，突破光学衍射效应，解决像元尺寸下光串扰的原理性难题，相关工作发表于《ACS光子学》（ACS Photonics）；提出耦合诱导透射理论和光学Tamm态的精准表达式，利用该理论设计并制备基于双Tamm耦合的超宽截止窄带滤光片，相关工作发表于《纳米研究》（Nano Research）；研究腔光子与二维电子气的腔耦合作用，国际首次提出并实现了基于薄膜光学微腔的中红外激射，相关工作发表于材料类期刊《先进材料》（Advanced Materials）。
多模态光场调控机理
在光学薄膜精细光谱调控技术方面，研究团队对面向空间遥感应用的精细分光元件进行了系统深入研究。利用具有自主知识产权的碲化铅（PbTe），碲锗铅（PbGeTe）以及稀土氟化物等光学薄膜材料，引领了国内甚长波红外光学滤光片的研制；研制出的中长波红外高矩形度、高光谱定位精度、高光学效率、低带外响应、超低表面缺陷密度滤光片满足了风云系列气象卫星光学系统的技术要求；中波红外双色薄膜元件，实现了国内首次航天应用；为星载激光雷达研制的超窄带滤光片，其光谱带宽仅为0.18nm，创下了目前国内报道的最窄带宽记录。
在宽光谱红外分色与分束技术方面，成功解决了分束器长波端薄膜材料吸收大、膜层应力导致面形难以控制等一系列关键技术难题，为我国成为目前全球首个同时具备高、低轨干涉式高光谱探测能力的国家提供了关键元部件支持。
在光的偏振态和位相操控研究方面，研究团队面向全球首颗量子科学试验卫星“墨子号”所搭载的两台核心光机载荷——量子密钥通信机和纠缠发射机，成功实现了光谱特性、偏振灵敏度和位相信息的三维一体调控，攻克了空间量子通信系统中偏振编码光子偏振态高效保持的关键技术瓶颈。
聚焦光学薄膜领域国家需求，服务上海国际科创中心建设
空间遥感、集成电路和信息安全等国家战略需求，亟需光学薄膜与光谱调控技术实现多维度突破和跨越式发展。
上海市“十四五”规划提出打造“3+6”产业体系，其中集成电路位于三大先导产业之首。目前，应用于激光等离子体极紫外光刻光源、激光退火设备的高功率红外光学薄膜元部件与国外顶尖水平尚存在明显差距，这制约着我国集成电路产业发展与升级。随着激光系统输出的功率密度、能量密度不断提高，需要光学薄膜对激光功率密度、能量密度有更高的承受能力，因此对光学薄膜的综合性能提出了更为复杂的要求。实验室将围绕高功率红外偏振调控类光学薄膜元件在集成电路关键设备中的应用需求，开展高功率红外光学镜片关键技术攻关，尽快突破高功率红外光学镜片及红外光学膜层制备等关键技术问题。
实验室基于光学薄膜和光谱调控领域发展面临的宽光谱分光、精细光谱调控和极端环境与高功率等技术难题，提出红外层间激子振荡增强理论、高鲁棒性可控响应度调制方法和集成化红外高光谱重构算法等科学问题。拟通过多模态光场调控基础研究，推动极端环境下高光谱精细分光等关键技术突破，满足光谱调控技术系统集成应用要求，形成国家使命驱动下的深度融合系统创新链。
上海市光学薄膜与光谱调控重点实验室薄膜楼
上海市光学薄膜与光谱调控重点实验室将进一步强化基础研究、加快关键核心技术攻关，为国家战略需求和科技强国建设提供关键核心技术支持，为上海国际科创中心建设提供核心部件解决方案，实现自主可控，为加快抢占光学薄膜与光谱调控领域科技制高点不懈努力。
